CN106100702A - 一种无线供电设备谐波动态管理通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线供电设备谐波动态管理通信方法，该供电设备包括无线电能发射电路、无线电能接受电路、无线通信信号接受电路；其中所述无线电能发射电路中线圈流过梯形电流波，所述无线电能接受电路中线圈谐振频率点与梯形电流波中基波频率一致，所述无线通信信号接受电路中线圈谐振频率点与梯形电流波中谐波频率一致。本发明利用梯形波电流信号中的基波能量实现磁耦合谐振无线供电，利用梯形波中的谐波能量实现无线通信。直接控制无线电能发射电路中线圈流过梯形电流波的“三角化率”动态管理谐波能量。该发明提高了无线携能通信装置的通信可靠性，通信时几乎不影响无线供电效率，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线携能通信方法，具体涉及一种动态管理利用梯形电流波中的谐波能量实现无线通信技术。
背景技术
无线供电设备通常需要无线通信，按照能量流与信息流的实现方式，主要分为单流模式和双流模式。其中双流模式采用能量流与信息流分开实现，如采用蓝牙等无线装置实现信息流。这种方式成本相对较高，电路复杂。而单流模式利用同一套装置实现能量流与信息流的复用。
当需要传递通信信号时，传统的单流模式存在较大的弊端，如通信时影响无线供电效率。因此需要研究无线供电与无线通信复用系统中，解决单流模式工作时无线通信与无线供电效率之间的解耦控制策略。
发明内容
针对无线携能通信应用场合，本发明提出一种无线供电设备谐波动态管理通信方法，利用梯形电流波中的谐波能量动态管理方法，实现无线通信功能。用于需要为无线电能供电的场合，实现高效率、高可靠性的磁耦合无线供电与无线通信电路复用的解决方案。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提供一种无线供电设备谐波动态管理通信方法，所述无线供电设备包括无线电能发射电路、无线电能接受电路、无线通信信号接受电路，其中，所述无线电能发射电路中线圈流过梯形电流波，所述无线电能接受电路中线圈谐振频率点与梯形电流波中基波频率一致，所述无线通信信号接受电路中线圈谐振频率点与梯形电流波中谐波频率一致。通过控制无线电能发射电路中线圈流过梯形电流波的“三角化率”，动态管理谐波能量的发射。利用梯形电流波中的基波能量实现磁耦合谐振无线供电，利用梯形电流波中的谐波能量实现无线通信。
进一步地，该方法中，利用梯形电流波中各次谐波能量实现无线通信。
进一步地，该方法中，利用梯形电流波中的基波能量实现磁耦合谐振无线供电。
进一步地，该方法中，动态管理谐波能量时，无需改变无线电能发射电路的驱动频率。
进一步地，该方法中，梯形电流波通过全桥逆变器实现。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明可以通过调节梯形电流波中三角化率动态管理谐波能量，无需通信时可抑制电路谐波分量。
2、本发明可将无线通信时对无线供电效率的影响降到最低，实现无线通信与无线供电效率之间的解耦控制。
附图说明
图1是本发明的实施例无线电能发射电路线圈中梯形电流波“三角化率”定义图。
图2是本发明的实施例不同“三角化率”条件下梯形电流波频谱图，其中，（a）是“三角化率”为1条件下梯形电流波频谱图，（b）是“三角化率”为0.66条件下梯形电流波频谱图。
图3是本发明的实施例不同“三角化率”梯形电流波中谐波电流成分变化趋势。
图4是本发明的实施例基于3次谐波所提出的“三角化率”通信调制方式原理。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明提出的一种无线供电设备谐波动态管理通信方法，所述无线电能发射电路中线圈流过梯形电流波，所述无线电能接受电路中线圈流过梯形电流波中基波频率一致的电流波，所述无线通信信号接受电路流过梯形电流波中谐波频率一致的电流波。利用梯形波电流信号中的基波能量实现磁耦合谐振无线供电，利用梯形波中的谐波能量实现无线通信。本发明通过控制无线电能发射电路中线圈流过梯形电流波的“三角化率”，动态管理谐波能量。动态管理谐波能量时，无需改变无线电能发射电路的驱动频率。
如图1所示，梯形电流波三角化率的定义，电流梯形波高度htrape和梯形边延长线htri高的比率为“三角化率”。
梯形电流波形进行傅里叶级数分解可得：
其中：是梯形电流波的瞬态值，是梯形电流波电流峰值，是梯形电流波的角频率，是梯形电流从0上升到峰值电流所需的时间，是谐波次数，如图1所示。由式（1）可知改变三角化率，即改变值，就可以动态改变各次谐波的幅值分量。
如图2所示，具有相同峰值的梯形电流波在不同三角化率调节下的电流频谱图。图2中（a）示出了当“三角化率”为1时的梯形电流波频谱图，可见其中含有丰富的3次和11次谐波能量。图2中（b）示出了当“三角化率”为0.66时的梯形电流波频谱图，系统中的3次和11次谐波能量得到有效抑制。图2中基波能量频率点=200kHz，可见大部分电流引起的磁场能量集中在200kHz频率段，在3次、5次等高频奇次谐波处同样包含相对集中的能量。图1验证了调制梯形波的“三角化率”不影响基波频率点，保证了无线供电的高效率传输。也验证了所提出的通过动态调制“三角化率”控制3次谐波能量实现低速通信的可行性。
如图3所示，不同“三角化率”梯形电流波中谐波电流成分变化趋势，图中幅值由上至下分别是3次谐波、5次谐波、7次谐波、9次谐波电流分量。可见通过调节梯形波的“三角化率”，即可实现对无线供电与无线通信复用系统谐波分量等关键电参数进行动态控制。
如图4所示，基于3次谐波所提出的“三角化率”通信调制方式原理。通过控制梯形电流波的“三角化率”，不仅可以抑制系统的谐波电流分量获得较好的EMI效果，而且可以动态控制谐波的能量用于通信。图4示出了当复用系统在工作点1时，3次谐波含量可以得到全面抑制。当需要利用3次谐波能量实现通信时，可定义数字信号“1”对应工作点2、定义数字信号“0”对应工作点1。可见采用“三角化率”调制方式不影响无线供电的基波频率，实现无线供电传输效率与通信速度之间的解耦控制。因此通过这样的实现方法，可以实现无线通信信号的高速传输，而对无线供电的影响降到最低。
本发明中，梯形电流波通过全桥逆变器实现。其优选实例的具体参数如下：无线电能发射电路中流过的梯形电流波的频率为200kHz，三角化率分别为0.66和0.7，其中，三角化率0.66时对应数字信号“0”，三角化率0.7时对应数字信号“1”。无线电能接受电路的谐振线圈频率点为200kHz，用于实现基波能量的无线传输。无线通信信号接受电路的谐振线圈频率点为600kHz，用于监测3次谐波能量信号。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种无线供电设备谐波动态管理通信方法，所述无线供电设备包括无线电能发射电路、无线电能接受电路、无线通信信号接受电路，其特征在于：所述无线电能发射电路中线圈流过梯形电流波，所述无线电能接受电路中线圈谐振频率点与梯形电流波中基波频率一致，所述无线通信信号接受电路中线圈谐振频率点与梯形电流波中谐波频率一致；通过控制无线电能发射电路中线圈流过梯形电流波的“三角化率”，动态管理谐波能量的发射。
2.根据权利要求1所述的一种无线供电设备谐波动态管理通信方法，其特征在于：该方法中，利用梯形电流波中各次谐波能量实现无线通信。
3.根据权利要求1所述的一种无线供电设备谐波动态管理通信方法，其特征在于：该方法中，利用梯形电流波中的基波能量实现磁耦合谐振无线供电。
4.根据权利要求1所述的一种无线供电设备谐波动态管理通信方法，其特征在于：该方法中，动态管理谐波能量时，无需改变无线电能发射电路的驱动频率。
5.根据权利要求1所述的一种无线供电设备谐波动态管理通信方法，其特征在于：该方法中，梯形电流波通过全桥逆变器实现。
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